智能電廠管控平臺建設(shè)實(shí)踐

楊洋，袁建麗，周勇

（國家電投集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102209）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，電力需求的增加逐漸放緩，電源結(jié)構(gòu)進(jìn)入調(diào)整期。我國以煤為主的資源稟賦，決定了以煤電為主的供需格局在中短期內(nèi)不會(huì)改變。在原料價(jià)格不斷攀升、產(chǎn)能過剩、利用小時(shí)數(shù)降低、競價(jià)機(jī)制出臺、環(huán)保需求不斷提高等多重因素影響下，煤電企業(yè)生存出現(xiàn)困境，迫切需要改變粗放型管理模式，推進(jìn)煤電領(lǐng)域制度、管理和技術(shù)的創(chuàng)新，推動(dòng)煤電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，培育新成長優(yōu)勢[1]，提升管控力度，實(shí)現(xiàn)降本增效，提高企業(yè)管理水平和核心競爭力。

為了在日趨激烈的市場競爭下占據(jù)有利位置，燃煤發(fā)電企業(yè)亟待通過數(shù)字化智能化建設(shè)打破電廠傳統(tǒng)的信息管理、設(shè)備管理、運(yùn)行管理、安全管理和經(jīng)營管理的方式，提高整個(gè)電廠的管理水平。智慧電廠具有泛在感知、自適應(yīng)、智能融合、互動(dòng)化和數(shù)字化的特點(diǎn)，在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能設(shè)備的傳感與執(zhí)行、先進(jìn)的智能運(yùn)維和管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的運(yùn)行，達(dá)到與智能電網(wǎng)及需求側(cè)靈活協(xié)調(diào)、與社會(huì)資源和環(huán)境相互融合的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。從傳統(tǒng)電廠向智慧電廠的發(fā)展，是現(xiàn)代化電廠建設(shè)與發(fā)展的必然趨勢，是傳統(tǒng)煤電企業(yè)自我變革的必經(jīng)之路。

通過重點(diǎn)梳理本廠迫切需要智能化轉(zhuǎn)型升級的業(yè)務(wù)需求，以整體規(guī)劃，循序漸進(jìn)，逐點(diǎn)逐面為實(shí)施規(guī)劃路徑，探索技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)可行、敦本務(wù)實(shí)的解決方案，圍繞效益、安全、管理提升角度，尋找智慧電廠建設(shè)的切入點(diǎn)，確保智慧電廠建設(shè)與公司發(fā)展戰(zhàn)略相結(jié)合，并切實(shí)滿足電廠當(dāng)前精細(xì)化管理要求和生產(chǎn)管理水平提升?；谏鲜霰尘昂退悸罚_發(fā)智能安全管控平臺（以下簡稱平臺或系統(tǒng)），以物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為基礎(chǔ)，建立一體化管控平臺，開發(fā)“智能安全”“智能培訓(xùn)”“智能管理”“JYKJ應(yīng)用”等模塊，實(shí)現(xiàn)電廠智能化初步轉(zhuǎn)型升級，為后期智慧電廠全面建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 智能安全，實(shí)現(xiàn)電廠本質(zhì)安全提升

十九大報(bào)告提到，樹立安全發(fā)展理念，弘揚(yáng)生命至上、安全第一的思想，健全公共安全體系，完善安全生產(chǎn)責(zé)任制，堅(jiān)決遏制重特大安全事故，提升防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力[2]。《安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》也提到，強(qiáng)化安全科技引領(lǐng)保障，加強(qiáng)安全科技研發(fā)、推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化、推進(jìn)安全生產(chǎn)信息化建設(shè)。安全是生產(chǎn)的前提，新技術(shù)的發(fā)展為電廠的安全生產(chǎn)帶來新的挑戰(zhàn)，也創(chuàng)造了新的機(jī)遇。本課題采用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)的技術(shù)，對電廠安全智能化升級改造，杜絕現(xiàn)場作業(yè)人員不安全行為，規(guī)范運(yùn)行和檢修作業(yè)過程，強(qiáng)化管理人員上崗到位，構(gòu)建本質(zhì)安全型發(fā)電企業(yè)[3]。

本課題圍繞“技防、人防、物防”的建設(shè)思路，形成多維度、立體化的防護(hù)體系：實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)備防護(hù)，對運(yùn)行操作和檢修作業(yè)過程的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行智能管控，保證設(shè)備本質(zhì)安全；實(shí)現(xiàn)智能化人員防護(hù)，對人員操作和作業(yè)分區(qū)域授權(quán)、風(fēng)險(xiǎn)辨識、違章告警，杜絕人員不安全行為；構(gòu)建智能化安全環(huán)境，依據(jù)安全等級，區(qū)域授權(quán)、區(qū)域安全風(fēng)險(xiǎn)智能提醒、告警等。最終實(shí)現(xiàn)電廠安全生產(chǎn)的全要素和全過程管控、安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和精準(zhǔn)化，配套出臺《生產(chǎn)現(xiàn)場智能化安防系統(tǒng)使用規(guī)定》制度，形成違章報(bào)警和積分考核的閉環(huán)管理，全面提升電廠的安全管理水平[4]。

（1）車輛身份及超速管控。車輛違規(guī)入場及在廠區(qū)道路上超速行駛是嚴(yán)重的安全隱患，因此，通過車牌提取、圖像預(yù)處理、特征提取、車牌字符識別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對車輛出入、自動(dòng)放行、牌照號碼自動(dòng)登記、監(jiān)測報(bào)警等智能化管理。系統(tǒng)識別所有入場車輛的身份，對未經(jīng)許可而入場的人員和行為作出聲光報(bào)警，并規(guī)定作業(yè)區(qū)道路上的車速上限，對于超過上限速度行駛的車輛，識別其身份信息，抓拍違章圖片作為證據(jù)，并報(bào)交安全管理部門予以相應(yīng)的處罰。

（2）危險(xiǎn)人員跟蹤管控。系統(tǒng)以通過建立黑名單的方式鎖定安全考試不合格、存在資質(zhì)問題、曾被禁止入場施工人員的信息，并單獨(dú)建立黑名單人臉庫，當(dāng)黑名單中的人員出現(xiàn)在施工現(xiàn)場入口時(shí)，系統(tǒng)將在入口本地聲光警示，并通過PC客戶端和移動(dòng)客戶端向安全管理部門報(bào)警，以待閉環(huán)處罰。對于入場的陌生人員，系統(tǒng)向安全管理部門作出提醒，以利于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控。

（3）區(qū)域入侵管理。對于危險(xiǎn)區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域，電廠一般會(huì)設(shè)立警戒線、警戒帶等安防設(shè)施，但安防設(shè)施僅具有警示作用，并不能有效預(yù)警提示人員有意無意的闖入，也不能向安全管理管理部門提供報(bào)警，無法閉環(huán)。因此在危險(xiǎn)區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)備區(qū)域，系統(tǒng)采用攝像機(jī)形成全面的視頻監(jiān)控，并通過智能視頻行為分析功能，在攝像機(jī)管理終端上明確警戒區(qū)域，對單向絆線、雙向絆線、區(qū)域入侵和脫崗等行為做出自動(dòng)判別和抓拍，交付安全管理部門處理。同時(shí)，在被管理區(qū)域現(xiàn)場設(shè)立語音告警裝置，以警告的方式進(jìn)行預(yù)警提示。

（4）習(xí)慣性違章管理。對電廠未能按照安全管理規(guī)定穿戴個(gè)人安全裝備的人員，如未佩戴安全帽的人員、未穿著工作服的人員等，進(jìn)行智能識別，包括行為抓拍和人臉識別，自動(dòng)生成罰單，具有非現(xiàn)場監(jiān)督功能，以利于嚴(yán)格管理。

（5）HSE管理工具應(yīng)用。HSE管理工具包括安全觀察卡、自我評估卡和預(yù)警指標(biāo)卡，HSE管理工具填報(bào)提交后，系統(tǒng)按照集團(tuán)公司HSE管理應(yīng)用規(guī)范對重要的KPI指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以折線圖、柱狀圖、餅圖等形式在PC客戶端和手機(jī)客戶端上進(jìn)行展現(xiàn)。

（6）外包工程安全管理。電廠對承包商在現(xiàn)場施工人員活動(dòng)的時(shí)間、空間、和行為進(jìn)行有效的管控，從而保證電力生產(chǎn)的安全進(jìn)行。系統(tǒng)以外包工信息化智能化管理為目標(biāo)，應(yīng)用違章自動(dòng)識別、作業(yè)信息推送、可視化智能培訓(xùn)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外包工身份驗(yàn)證、入廠安全教育、作業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)、安全管理、作業(yè)完成驗(yàn)收出廠的全流程智能化管理。實(shí)現(xiàn)承包商的施工人員從準(zhǔn)入到現(xiàn)場作業(yè)直到離場的全過程從時(shí)間、空間、作業(yè)過程進(jìn)行全面的跟蹤和管控。

（7）實(shí)時(shí)監(jiān)控管理。監(jiān)控中心以管理平臺后臺服務(wù)基礎(chǔ)，結(jié)合廠區(qū)布置的高清攝像機(jī)等硬件管控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻圖像資源的匯聚、存儲(chǔ)及調(diào)用，違章信息報(bào)警和相關(guān)信息推送。

2 智能培訓(xùn)，創(chuàng)新培訓(xùn)方式

火電機(jī)組工藝流程復(fù)雜，設(shè)備繁多，電廠尚缺乏有效提升培訓(xùn)質(zhì)量及效果的系統(tǒng)和課件，同時(shí)，培訓(xùn)方法單調(diào)，學(xué)員以聽課和翻看紙質(zhì)資料為主，缺乏交流互動(dòng)，培訓(xùn)過程吸引力不強(qiáng)，難以達(dá)到預(yù)期效果[5]。

系統(tǒng)在建立培訓(xùn)管理模塊基礎(chǔ)上引入仿真培訓(xùn)。利用建模方式將機(jī)組設(shè)備模塊化仿真，有效應(yīng)對電廠系統(tǒng)的復(fù)雜性和高維度性特點(diǎn)，使仿真系統(tǒng)與實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)更加貼近，運(yùn)行人員、檢修人員均可進(jìn)行可視化仿真培訓(xùn)，提高相關(guān)人員對現(xiàn)場設(shè)備和工作原理的學(xué)習(xí)。仿真培訓(xùn)具備主、輔機(jī)的設(shè)備拆解培訓(xùn)、設(shè)備工藝流程、參數(shù)配置等內(nèi)容，不僅提高檢修人員工作質(zhì)量，還能有效避免其在實(shí)際操作中因操作錯(cuò)誤導(dǎo)致的生產(chǎn)損失，最大程度的提高培訓(xùn)的教學(xué)質(zhì)量，提高運(yùn)行人員的操作水平[6]。

（1）可視化培訓(xùn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的三維可視化培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)工藝流程、操作規(guī)程、設(shè)備拆裝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安全管理等領(lǐng)域的培訓(xùn)[7]。在三維模型的基礎(chǔ)上，平臺可實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)步驟的可視化，實(shí)現(xiàn)在三維環(huán)境中虛擬拆裝，演練培訓(xùn)操作，提示使用工具及注意事項(xiàng)。

本工程水泵采用管道泵，泵站地平高程為506.2m，管道進(jìn)水口水面高程為528.5 m，最高出水口高程為583.5 m，設(shè)計(jì)流量為184 m3/h，設(shè)計(jì)條件需滿足賢莊村高處地塊灌溉流量計(jì)揚(yáng)程需求。

（2）操作規(guī)程培訓(xùn)。系統(tǒng)將操作規(guī)程的培訓(xùn)內(nèi)容形成三維場景，被培訓(xùn)人員在系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)際操作。系統(tǒng)能提供連續(xù)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確、直觀的培訓(xùn)信息。在三維場景的基礎(chǔ)上，提供生產(chǎn)工藝規(guī)程演示，重要設(shè)備拆裝操作演示功能。被培訓(xùn)人員通過學(xué)習(xí)和實(shí)際操作強(qiáng)化培訓(xùn)過程，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的教師授課、傳幫帶等培訓(xùn)方式不直觀、培訓(xùn)周期長、效果不明顯的缺點(diǎn)[4]。

（3）設(shè)備拆裝培訓(xùn)。該功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的操作，其中包括對設(shè)備的虛擬拆卸、虛擬安裝、隱藏零部件等功能，通過系統(tǒng)的開發(fā)為虛擬設(shè)備添加交互的按序拆解和組裝，進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部查看主要組成部件。通過交互式操作使受訓(xùn)者可以根據(jù)自身的知識掌握程度靈活選擇需要獲得的設(shè)備信息，以達(dá)到是受訓(xùn)者熟練掌握該設(shè)備詳細(xì)結(jié)構(gòu)的目的[8]。

3 JYKJ體系應(yīng)用，提升管理體制機(jī)制活力

“計(jì)劃-預(yù)算-考核-激勵(lì)（JYKJ）”管理體系是集團(tuán)公司建立健全導(dǎo)向明確、認(rèn)識統(tǒng)一、操作規(guī)范的管理體制，是保障集團(tuán)公司戰(zhàn)略落地的管理工具、管理平臺和管理方法。

本課題將JYKJ體系思想與電廠日常經(jīng)營管理工作有機(jī)結(jié)合，開發(fā)軟件功能應(yīng)用模塊，將JYKJ管理理念、方法、流程嵌入到平臺中，使其制度和理念在電廠數(shù)字化、智能化落地，確保電廠經(jīng)營發(fā)展目標(biāo)和各項(xiàng)業(yè)務(wù)綜合計(jì)劃的規(guī)范統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)任務(wù)的制定、分解、跟蹤督辦、分析評價(jià)等閉環(huán)管理，并對經(jīng)營活動(dòng)和財(cái)務(wù)預(yù)算進(jìn)行管理，以強(qiáng)化績效為導(dǎo)向，全面指導(dǎo)電廠經(jīng)營管理工作。

模塊包括綜合計(jì)劃管理、重點(diǎn)任務(wù)管理、預(yù)算管理、年度綜合考核管理等。系統(tǒng)目標(biāo)為通過制定年度計(jì)劃，預(yù)算計(jì)劃，保障計(jì)劃與預(yù)算的緊密匹配與相互約束，最后對計(jì)劃完成情況進(jìn)行考核與激勵(lì)，形成從計(jì)劃產(chǎn)生到閉環(huán)的全周期管理，強(qiáng)化計(jì)劃執(zhí)行的完整性，推動(dòng)企業(yè)精細(xì)化管理與高質(zhì)量發(fā)展。

（2）督辦任務(wù)。包括公司級每周督辦任務(wù)和跨周督辦任務(wù)，支持每個(gè)督辦任務(wù)的執(zhí)行情況查詢。

（3）預(yù)算管理。包括經(jīng)營預(yù)算、年度財(cái)務(wù)預(yù)算和年度專項(xiàng)預(yù)算管理等，實(shí)現(xiàn)預(yù)算編制、審批、執(zhí)行、調(diào)整和考核監(jiān)督等閉環(huán)管理過程。

（4）績效考核。系統(tǒng)支持通過下發(fā)任務(wù)和接受任務(wù)，將任務(wù)具體落實(shí)到責(zé)任人和協(xié)辦人，記錄每個(gè)部門和每個(gè)人的任務(wù)完成情況，形成積分式管理，實(shí)現(xiàn)量化績效考核，與公司薪酬體制配合實(shí)現(xiàn)激勵(lì)機(jī)制。

4 項(xiàng)目成果

本課題利用當(dāng)前先進(jìn)的信息化技術(shù)，結(jié)合電廠智能化轉(zhuǎn)型升級最迫切的業(yè)務(wù)需求，開發(fā)完成基于智能安全、智能培訓(xùn)、智能管理的軟件應(yīng)用平臺。平臺遵循實(shí)用性和易擴(kuò)展的原則，充分考慮下一階段建設(shè)的接口需求，為平臺后期功能擴(kuò)展奠定基礎(chǔ)。

（1）對重點(diǎn)區(qū)域安裝基于人臉識別的攝像頭監(jiān)控方式。重點(diǎn)區(qū)域如煤場、油區(qū)、氫站、開關(guān)場、繼電保護(hù)室、配電間、DCS 電子間、工程師站等約20個(gè)部位。系統(tǒng)投入實(shí)用以來，共預(yù)防人員誤入86次，違章現(xiàn)場拍照76張，完成預(yù)警提示163次，形成外包作業(yè)黑名單8人，有效預(yù)防黑名單再次進(jìn)入6次，施工人員誤闖區(qū)域報(bào)警38次，電廠安全管理水平顯著提升。

（2）在單元控制室設(shè)置顯示屏，用于顯示現(xiàn)場的作業(yè)工作內(nèi)容、人員數(shù)量、作業(yè)地點(diǎn)，以及重點(diǎn)區(qū)域門禁監(jiān)控等動(dòng)態(tài)信息。通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)框架、人機(jī)屬性結(jié)構(gòu)化、行為狀態(tài)結(jié)構(gòu)化，對異常人、車、行為事先預(yù)警，提高廠區(qū)安全事故預(yù)警效率，防患于未然。

（3）基于計(jì)算機(jī)圖形處理、三維場景建模的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)，使日常培訓(xùn)不再受培訓(xùn)場地、時(shí)間和專業(yè)培訓(xùn)人員的不足的限制，豐富了教學(xué)內(nèi)容，使受訓(xùn)人員的自主學(xué)習(xí)能力提高，員工對現(xiàn)場設(shè)備和工作原理學(xué)習(xí)的積極性增強(qiáng)。通過標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化的流程展示，增強(qiáng)培訓(xùn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)無監(jiān)督教學(xué)。

（4）緊跟集團(tuán)公司、內(nèi)蒙古公司JYKJ體系建設(shè)目標(biāo)和執(zhí)行制度，用信息化手段促使戰(zhàn)略有效落地，將年度目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、指標(biāo)計(jì)劃、專項(xiàng)計(jì)劃各組織層級分解落實(shí)到部門和個(gè)人，結(jié)合經(jīng)營活動(dòng)預(yù)算管理和薪酬激勵(lì)體系，保障公司重點(diǎn)任務(wù)有效分解與承接，提高了電廠管理效率和員工的價(jià)值創(chuàng)造動(dòng)力，促進(jìn)了日常工作溝通和協(xié)作的順暢高效。